Coulombs Gesetz in einfachen Worten
Entdeckungsgeschichte
Sh.O. Der Anhänger von 1785 bewies erstmals experimentell die gesetzlich beschriebenen Wechselwirkungen. In seinen Experimenten verwendete er spezielle Torsionsskalen. Bereits 1773 wurde von Cavendish am Beispiel eines Kugelkondensators bewiesen, dass in der Kugel kein elektrisches Feld vorhanden ist. Dies legt nahe, dass die elektrostatischen Kräfte mit dem Abstand zwischen den Körpern variieren. Genauer gesagt, der quadratische Abstand. Dann wurden seine Studien nicht veröffentlicht. Historisch gesehen wurde diese Entdeckung nach Coulomb benannt, und die Menge, in der die Ladung gemessen wird, hat einen ähnlichen Namen.
Formulierung
Die Definition des Coulombschen Gesetzes besagt:Im luftleeren Raum Die Wechselwirkung zweier geladener Körper ist direkt proportional zum Produkt ihrer Module und umgekehrt proportional zum Quadrat des Abstandes zwischen ihnen.
Es klingt kurz, ist aber möglicherweise nicht für alle klar. In einfachen Worten:Je größer die Ladung der Körper ist und je näher sie beieinander liegen, desto größer ist die Stärke.
Umgekehrt:Wenn Sie den Abstand zwischen den Ladungen vergrößern, wird die Kraft geringer.
Die Formel der Coulomb-Regel sieht folgendermaßen aus:
Die Bezeichnung der Buchstaben: q ist die Größe der Ladung, r ist der Abstand zwischen ihnen, k ist der Koeffizient, hängt vom ausgewählten Einheitensystem ab.
Die Größe der Ladung q kann bedingt positiv oder bedingt negativ sein. Diese Aufteilung ist sehr willkürlich. Wenn sich die Körper berühren, kann es von einem zum anderen übertragen werden. Daraus folgt, dass derselbe Körper eine Ladung unterschiedlicher Größe und Vorzeichen haben kann. Eine Punktladung ist eine Ladung oder ein Körper, dessen Abmessungen viel kleiner sind als der Abstand einer möglichen Wechselwirkung.
Es ist zu beachten, dass das Medium, in dem sich die Ladungen befinden, die F-Wechselwirkung beeinflusst. Da es in Luft und im Vakuum nahezu gleich ist, ist die Entdeckung von Coulomb nur auf diese Medien anwendbar. Dies ist eine der Bedingungen für die Anwendung dieser Art von Formel. Wie bereits erwähnt, ist im SI-System die Ladungseinheit das Coulomb, abgekürzt Cl. Es kennzeichnet die Strommenge pro Zeiteinheit. Es wird aus den SI-Grundeinheiten abgeleitet.
1 C = 1 A * 1 s
Es ist erwähnenswert, dass die Abmessung von 1 C zu groß ist. Aufgrund der Tatsache, dass sich die Träger gegenseitig abstoßen, ist es schwierig, sie in einem kleinen Körper zu halten, obwohl der Strom in 1A klein ist, wenn er im Leiter fließt. Zum Beispiel fließt ein Strom von 0,5 A in derselben 100-W-Glühlampe und mehr als 10 A in einer elektrischen Heizung. Eine solche Kraft (1 ° C) entspricht ungefähr der Masse von 1 Tonne, die von der Seite des Globus auf den Körper wirkt.
Sie haben vielleicht bemerkt, dass die Formel praktisch dieselbe ist wie bei der Gravitationswechselwirkung, nur wenn in der Newtonschen Mechanik Massen auftreten und in der Elektrostatik Ladungen.
Coulomb-Formel für ein dielektrisches Medium
Der Koeffizient unter Berücksichtigung der Werte des SI-Systems wird in N bestimmt2* m2/ Cl2. Es ist gleich:
In vielen Lehrbüchern kann dieser Koeffizient in Form eines Bruches gefunden werden:
Hier e0= 8,85 * 10-12 Kl2 / N * m2 - dies ist die elektrische Konstante. Für ein Dielektrikum ist E die Dielektrizitätskonstante des Mediums, dann kann das Coulomb-Gesetz verwendet werden, um die Wechselwirkungskräfte von Ladungen für Vakuum und Medium zu berechnen.
Angesichts des Einflusses des Dielektrikums hat es die Form:
Von hier aus sehen wir, dass die Einführung eines Dielektrikums zwischen Körpern die Kraft F verringert.
Wie sind Kräfte gerichtet?
Ladungen interagieren in Abhängigkeit von ihrer Polarität miteinander - identische Ladungen stoßen sich gegenseitig ab und entgegengesetzte (entgegengesetzte) ziehen an.
Dies ist übrigens der Hauptunterschied zu dem ähnlichen Gesetz der Gravitationswechselwirkung, bei dem Körper immer angezogen werden. Die Kräfte sind entlang der zwischen ihnen gezogenen Linie gerichtet, die als Radiusvektor bezeichnet wird. In der Physik bezeichnet als r12 und als Radiusvektor von der ersten zur zweiten Ladung und umgekehrt. Die Kräfte sind vom Zentrum der Ladung auf die entgegengesetzte Ladung entlang dieser Linie gerichtet, wenn die Ladungen entgegengesetzt sind, und in die entgegengesetzte Richtung, wenn sie den gleichen Namen haben (zwei positive oder zwei negative). In Vektorform:
Die von der Seite der zweiten auf die erste Ladung ausgeübte Kraft wird mit F bezeichnet12. Dann lautet das Coulombsche Gesetz in Vektorform wie folgt:
Um die auf die zweite Ladung ausgeübte Kraft zu bestimmen, wird die Notation F verwendet21 und R.21.
Wenn der Körper eine komplexe Form hat und groß genug ist, dass er in einer bestimmten Entfernung nicht als Punkt betrachtet werden kann, wird er in kleine Abschnitte unterteilt und jeder Abschnitt wird als Punktladung betrachtet. Nach geometrischer Addition aller resultierenden Vektoren wird die resultierende Kraft erhalten. Atome und Moleküle interagieren nach demselben Gesetz miteinander.
Praktische Anwendung
Coulombs Arbeit ist in der Elektrostatik sehr wichtig, in der Praxis wird sie in einer Reihe von Erfindungen und Vorrichtungen verwendet. Ein markantes Beispiel ist der Blitzableiter. Mit seiner Hilfe werden Gebäude und Elektroinstallationen vor Gewittern geschützt und so Feuer- und Geräteausfälle verhindert. Wenn es mit einem Gewitter auf der Erde regnet, erscheint eine induzierte Ladung von großer Größe, sie werden von der Seite der Wolke angezogen. Es stellt sich heraus, dass ein großes elektrisches Feld auf der Erdoberfläche erscheint. In der Nähe der Spitze des Blitzableiters hat es einen großen Wert. Infolgedessen wird eine Koronaentladung von der Spitze (vom Boden über den Blitzableiter zur Wolke) gezündet. Die Ladung von der Erde wird nach dem Gesetz von Coulomb von der entgegengesetzten Ladung der Wolke angezogen. Luft wird ionisiert und das elektrische Feld nimmt gegen Ende des Blitzableiters ab. Somit fallen keine Gebühren auf dem Gebäude an. In diesem Fall ist die Wahrscheinlichkeit eines Blitzschlags gering. Wenn das Gebäude getroffen wird, geht durch Blitzschutz die gesamte Energie auf den Boden.
In ernsthaften wissenschaftlichen Forschungen wird die größte Konstruktion des 21. Jahrhunderts verwendet - der Teilchenbeschleuniger. Darin erhöht ein elektrisches Feld die Teilchenenergie. Betrachtet man diese Prozesse unter dem Gesichtspunkt der Auswirkung einer Gruppe von Gebühren auf eine Punktgebühr, so erweisen sich alle Rechtsverhältnisse als fair.
Schließlich empfehlen wir, sich ein Video anzusehen, das eine detaillierte Erklärung des Coulomb-Gesetzes enthält:
Nützlich zum Thema:
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